FTTH - EPON

FTTH - EPON

La rete Ethernet passiva ottica (EPON) è un PON che incapsula i dati con Ethernet e può offrire da 1 Gbps a 10 Gbps di capacità. EPON segue l'architettura originale di un PON. Qui, il DTE si è collegato al tronco dell'albero e chiamato come Optical Line Terminal (OLT) come mostrato nella figura seguente.

Di solito si trova presso il fornitore di servizi e i rami DTE dell'albero collegati sono denominati Optical Network Unit (ONU), situati nei locali dell'abbonato. I segnali dall'OLT passano attraverso uno splitter passivo per raggiungere l'ONU e viceversa.

Ethernet nel primo miglio

Il processo di standardizzazione è iniziato quando nel novembre 2000 è stato istituito un nuovo gruppo di studio chiamato Ethernet nel First Mile (EFM), con l'obiettivo principale di studiare la fibra Ethernet punto-multipunto (P2MP) con rame Ethernet. Ethernet su fibra punto-punto (P2P) e su un meccanismo operativo di rete, amministrazione e manutenzione (OAM) per facilitare il funzionamento della rete e la risoluzione dei problemi. Il gruppo di lavoro EFM termina il processo di normalizzazione con la ratifica dell'IEEE Std 802.3ah nel giugno 2004.

Un prodotto di EFM (Ethernet nel primo miglio). Una tecnologia PON basata su Ethernet. Si basa su uno standard principale: IEEE 802.3ah. Basato sul protocollo MPCP (Multi-Point Control Protocol), definito come una funzione all'interno del sottostrato di controllo MAC, per controllare l'accesso a una topologia P2MP.

La base del protocollo EPON / MPCP risiede nel sottostrato di emulazione punto-punto (P2P). La velocità di trasmissione è → simmetrica 1,25 G; distanza: 10KM / 20KM; rapporto splitter ：> 1:32. L'EFM sottolinea molti vantaggi di EPON basato su Ethernet come tecnologia di base, tra cui la maturità dei protocolli, la tecnologia semplice, la flessibilità di estensione e orientata agli utenti.

Il sistema EPON non sceglie costosi hardware ATM e apparecchiature SONET, rendendolo compatibile con la rete Ethernet esistente. Semplifica la struttura del sistema, riduce i costi e si rende flessibile per l'aggiornamento. I distributori di apparecchiature si concentrano sull'ottimizzazione della funzione e della praticabilità.

Sistemi bancomat BPON

I sistemi basati su ATM BPON si sono dimostrati molto inefficienti, poiché la stragrande maggioranza del traffico attraverso la rete di accesso è costituita da frame IP di grandi dimensioni e dimensioni variabili. Ha creato l'opportunità per lo sviluppo di EPON basato su Ethernet pura, password GigE che gode di QoS e integrazione economica con altre apparecchiature Ethernet emergenti. Ethernet ha dimostrato nel tempo di essere il trasportatore ideale per il traffico IP.

Di conseguenza, lo standard IEEE 802.3ah 802.3 ha incaricato il gruppo di lavoro "Ethernet nel primo miglio" con lo sviluppo di standard per le reti di accesso punto-punto e punto-multipunto, quest'ultimo indicando Ethernet PON. EPON fa attualmente parte dello standard Ethernet.

Lo sviluppo di Passive Optical Network (GPON), ovvero lo standard equipaggiato con Gigabit (serie G.984) è iniziato davvero dopo le proposte dei membri FSAN (Quantum Bridge, Al) per una soluzione PON ATM / Ethernet. Gbps, che è indipendente dal protocollo, non era molto popolare nel gruppo di lavoro IEEE 802.3ah. La FSAN ha deciso di perseguire questo standard diverso rispetto all'ITU.

EPON e GPON si basano fortemente su G.983, lo standard di BPON, quando si tratta di concetti generali che funzionano bene (funzionamento della rete di distribuzione ottica PON (ODN), piano di lunghezza d'onda e applicazione). Entrambi offrono la propria versione di miglioramenti per adattarsi a frame IP / Ethernet di dimensioni migliori a velocità variabile Gbps.

Rete di accesso specificata dallo standard Ethernet IEEE 802.3ah ed anche conosciuta come Ethernet nel primo miglio. La sezione cinque di IEEE802.3ah costituisce IEEE Std 802.3 che corrisponde alla definizione di servizi ed elementi di protocollo. Consente lo scambio di frame in formato IEEE 802.3 tra stazioni in una rete di accesso degli abbonati.

Concetto di EPON

EFM ha introdotto il concetto di EPON in cui una topologia di rete da punto a multipunto (P2MP) è implementata con splitter ottici passivi. Tuttavia, la fibra Ethernet punto-punto offre la massima larghezza di banda a un costo ragionevole. La fibra punto-multipunto Ethernet fornisce una larghezza di banda relativamente elevata a un costo inferiore. Lo scopo di IEEE Std 802.3ah era di estendere l'applicazione di Ethernet per includere l'accesso alle reti di abbonati per fornire un aumento significativo delle prestazioni riducendo al minimo i costi di funzionamento e manutenzione delle apparecchiature.

La conclusione dello standard EFM IEEE 802.3ah espande in modo significativo la portata e la portata del trasporto Ethernet per l'uso in reti di accesso e metropolitana. Questo standard consente ai fornitori di servizi una varietà di soluzioni flessibili ed economiche per la fornitura di servizi Ethernet a banda larga nell'accesso e nelle reti metropolitane.

EFM copre una famiglia di tecnologie che si differenziano per il tipo di supporto e la velocità di segnalazione: è progettato per essere implementato nelle reti di un tipo o più supporti multimediali (FSM) e per interagire con miste 10/100/1000/10000 Mb / s reti Ethernet. Qualsiasi topologia di rete definita in IEEE 802.3 può essere utilizzata nei locali dell'abbonato e quindi connessa a una rete di accesso dell'abbonato Ethernet. La tecnologia EFM consente a diversi tipi di topologie di ottenere la massima flessibilità.

IEEE Std 802.3ah

IEEE Std 802.3ah include le specifiche per le reti di accesso Ethernet dell'abbonato e IEEE Std 802.3ah EPON supporta una velocità nominale di circa 1 Gb / s (espandibile a 10 Gb / s) per ciascun canale. Questi sono definiti da due lunghezze d'onda: una lunghezza d'onda a valle e una per la direzione a monte condivisa tra i dispositivi dell'utente.

EFM supporta collegamenti full duplex, in modo da poter definire un Media Access Control (MAC) semplificato full duplex. L'architettura Ethernet divide il livello fisico in un Physical Medium Dependent (PMD), Physical Medium Attachment (PMA) e Physical Coding Sublayer (PCS).

EPON implementa una topologia di rete P2MP con estensioni appropriate per il sottoprocesso e il controllo MAC del sottostrato di riconciliazione e fibra ottica sotto strato a medio fisico dipendente (PMD) per supportare questa topologia.

Strato fisico

Per le topologie P2MP, EFM ha introdotto una famiglia di sistemi di segnalazione per il livello fisico derivati da 1000BASE-X. Tuttavia, include estensioni di RS, PCS e PMA, con una capacità opzionale di correzione degli errori forward (FEC). I sublayer 1000BASE-X PCS e PMA mappano le caratteristiche dell'interfaccia. Il sottostrato PMD (incluso MDI) i servizi previsti dalla riconciliazione del sottopelo. 1000BASE-X può essere esteso per supportare altri supporti full duplex - richiede solo che l'ambiente sia coerente con il livello di PMD.

MDI (Medium Load Interface)

È l'interfaccia tra PMD e il supporto fisico. Descrive i segnali, i supporti fisici e le interfacce meccaniche ed elettriche.

Physical Medium Dependent (PMD)

PMD è responsabile dell'interfaccia con il mezzo di trasmissione. PMD genera segnali elettrici o ottici a seconda della natura del mezzo fisico collegato. Le connessioni 1000BASE-X su PON ad almeno 10 chilometri e 20 chilometri (le basi 1000BASE-PX10 e 1000BASE-PX20 PMD) forniscono P2MP.

In una Ethernet PON, i suffissi D e U indicano PMD a ciascuna estremità del collegamento, che trasmette in queste direzioni e riceve nella direzione opposta, ovvero un singolo PMD a valle è identificato come 1000BASE-PX10-D e upstream 1000BASE-PX10 U PMD. Le stesse fibre vengono utilizzate contemporaneamente in entrambe le direzioni.

Un PMD 1000BASE-PX-U o PMD 1000BASE-PX-D è collegato all'appropriato PMA 1000BASE-X e al supporto tramite MDI. PMD è facoltativamente combinato con funzionalità di gestione a cui è possibile accedere tramite l'interfaccia di gestione. Per consentire le possibilità di aggiornamento nel caso di Pons da 10 km o 20 km, sia il PMD 1000BASE-PX20-D 1000BASE-PX10 che il PMDU sono interoperabili tra loro.

Physical Medium Attachment (PMA)

PMA include le funzioni di trasmissione, ricezione, recupero dell'orologio e allineamento. Il PMA offre una via di mezzo indipendente per PCS per supportare l'uso di una serie di serie di supporti fisici orientati ai bit. Il sottostrato di codifica fisica (PCS) comprende funzioni bit di codifica. L'interfaccia PCS è Gigabit Media Independent Interface (GMII), che fornisce un'interfaccia uniforme al sublayer di riconciliazione per tutte le implementazioni di PHY a 1000 Mb / s.

Gigabit Media Independent Interface (GMII)

L'interfaccia GMII si riferisce all'interfaccia tra il livello Gigabit MAC e il livello fisico. Consente molteplici DTE miscelati con una varietà di implementazioni dallo strato fisico speed gigabit. L'interfaccia di servizio PCS consente ai PC 1000BASE-X di trasferire informazioni da e verso un cliente PCS. I clienti di PCS includono MAC (tramite il sottopelo della riconciliazione) e ripetitore. L'interfaccia PCS è definita precisamente come Gigabit Media Independent Interface (GMII).

Il sottostrato di riconciliazione (RS) assicura la corrispondenza dei segnali GMII che definiscono il mezzo di controllo dell'accesso al servizio. GMII e RS vengono utilizzati per fornire supporti indipendenti in modo tale che un controller di accesso supporti identici possa essere utilizzato con qualsiasi tipo di rame e PHY ottico.

Livello collegamento dati (controllo MAC multipunto)

È stato specificato il protocollo di controllo MAC per il supporto e nuove funzioni da implementare e aggiunte allo standard contemporaneamente. È il caso del protocollo di controllo multipunto (MPCP). Il protocollo di gestione per P2MP è una delle funzioni definite dal protocollo di controllo multipunto.

La funzionalità di controllo MAC multipunto è implementata per accedere ai dispositivi dell'abbonato che contengono dispositivi di livello fisico che puntano al multipunto. Comunemente, le giurisdizioni di emulazione MAC forniscono un servizio point-to-point tra OLT e ONU, ma ora è inclusa un'istanza aggiuntiva con un obiettivo di comunicazione per tutte le ONU alla volta.

MPCP (protocollo di controllo multipunto)

MPCP è molto flessibile, facile da implementare. MPCP utilizza cinque tipi di messaggi (ogni messaggio è un frame di controllo MAC) e ONU / ONT riporta più limiti di pacchetto, concessioni OLT su un limite di pacchetto - nessun sovraccarico di delineazione.

L'MPCP indica il sistema tra un OLT e le ONU associate a una porzione PON Point-to-Multi-Point (P2MP) per consentire la trasmissione produttiva di informazioni nella voce UPSTREAM.

MPCP svolge le seguenti funzioni:

• MPCP controlla il processo di rilevamento automatico.

• Assegnazione fascia oraria / larghezza di banda agli ONT.

• Riferimento di temporizzazione fornito per sincronizzare gli ONT.

MPCP ha introdotto cinque nuovi messaggi di controllo MAC:

• Gate, Report

• REQ registrato

• Registrati

• ACK registrato

• Rilevamento automatico

Riepilogo sequenza individuazione messaggi

La seguente illustrazione mostra il riepilogo della sequenza di individuazione dei messaggi.

DBA EPON

In EPON, la comunicazione tra OLT e ONY è considerata a valle, OLT trasmette i dati a valle verso ONT utilizzando l'intera larghezza di banda e dall'altra parte ONT riceve le famiglie utilizzando le informazioni disponibili su frame Ethernet. L'upstream da ONT a OLT utilizza la comunicazione a canale singolo, significa che un canale verrà utilizzato da più ONT, il che significa collisione di dati.

Per evitare questo problema, è necessario un efficace schema di allocazione della larghezza di banda, che può allo stesso modo assegnare risorse agli ONT e allo stesso tempo garantire il QoS, questo schema è noto come algoritmo Dynamic Bandwidth Allocation (DBA). Il DBA utilizza i messaggi di report e gate per creare un programma di trasmissione da trasmettere agli ONT.

Caratteristiche DBA

Una caratteristica importante di EPON è quella di fornire servizi diversi con QoS ottimale e un'allocazione efficace della larghezza di banda utilizzando una diversa allocazione DBA per soddisfare la domanda delle applicazioni attuali e future.

Attualmente, di seguito sono riportati i due diversi tipi di algoritmi DBA disponibili per l'EPON:

• Il primo è per soddisfare le fluttuazioni del traffico.

• Il secondo è fornire QoS a diversi tipi di traffico.

Le altre caratteristiche sono evitare collisioni di frame, gestione del traffico in tempo reale attraverso QoS e gestione della larghezza di banda per ciascun abbonato insieme a un ritardo di riduzione del traffico a bassa priorità.

Formato cornice EPON

Il funzionamento di EPON si basa sui frame MAC Ethernet ed EPON si basano sui frame GbE, ma sono necessarie estensioni -

• Clausola 64 - PDU con protocollo di controllo multipunto. Questo è il protocollo di controllo che implementa la logica richiesta.

• Clausola 65 - Emulazione punto-punto (riconciliazione). Ciò rende l'EPON simile a un collegamento punto-punto e gli EPON MAC hanno alcuni vincoli speciali.

• Invece di CSMA / CD, trasmettono quando concesso.

• Il tempo attraverso lo stack MAC deve essere costante (durate di ± 16 bit).

• È necessario mantenere l'ora locale precisa.

Intestazione EPON

La Ethernet standard inizia con un preambolo 8B essenzialmente privo di contenuto -

• 7B di alternanza e zeri 10101010

• 1B di SFD 10101011

Per nascondere la nuova intestazione PON, EPON sovrascrive alcuni dei byte del preambolo.

Il campo LLID contiene i seguenti fattori:

MODALITÀ (1b) -

• Sempre 0 per ONU

• 0 per OLT unicast, 1 per OLT multicast / broadcast

ID collegamento logico effettivo (15b) -

• Identifica ONU registrate

• 7FFF per la trasmissione

CRC protegge da SLD (byte 3) tramite LLID (byte 7).

Sicurezza

Il traffico a valle trasmette a tutte le ONU, quindi diventa facile per un utente malintenzionato riprogrammare ONU e acquisire i frame desiderati.

Il traffico a monte non è stato esposto ad altre ONU, quindi non è necessaria la crittografia. Non considerare i tappatori di fibre perché EPON non fornisce alcun metodo di crittografia standard, ma -

• Può integrare con IPsec o MACsec e

• Molti fornitori hanno aggiunto meccanismi proprietari basati su AES.

BPON utilizzava un meccanismo chiamato churning - Churning era una soluzione hardware a basso costo (chiave 24b) con diversi difetti di sicurezza, come -

• Il motore era lineare - semplice attacco con testo noto.

• Chiave 24b risultata derivabile in 512 tentativi.

Pertanto, G.983.3 ha aggiunto il supporto AES, che ora viene utilizzato in GPON.

QoS - EPON

Molte applicazioni PON richiedono un QoS elevato (ad es. IPTV) e EPON lascia il QoS a livelli più alti come -

• Tag VLAN.

• Bit P o DiffServ DSCP.

Oltre a questi, esiste una differenza cruciale tra LLID e Port-ID:

• C'è sempre 1 LLID per ONU.

• C'è 1 Port-ID per porta di ingresso - ce ne possono essere molti per ONU.

• Ciò semplifica l'implementazione del QoS basato su porte a livello PON.

EPON vs GPON

La seguente tabella illustra le caratteristiche comparative di EPON e GPON -

L'immagine seguente mostra le diverse strutture di EPON e GPON -